Características y diferencias entre sistemas de control a lazo abierto y lazo cerrado

Características principales de un sistema de control a lazo abierto

Un sistema de control de lazo abierto son sistemas en los que la salida no tiene efecto sobre la acción de control. Es decir, no se mide la salida ni se realimenta para compararla con la entrada. En cualquier sistema de control en lazo abierto la salida no se compara con la entrada de referencia, por lo cual a cada entrada de referencia le corresponde una condición de operación fija. Como resultado de esto, la precisión del sistema depende de la calibración. Si hay perturbaciones, un sistema de control en lazo abierto no va a realizar la tarea que se espera.

Características principales de un sistema de control a lazo cerrado

Un sistema que mantiene una relación determinada entre la salida y la entrada de referencia, comparándolas y usando la diferencia como medio de control, se denomina sistema de control realimentado. Este tipo de sistema se llama también sistema de control de lazo cerrado. En este esquema se alimenta al controlador con la señal de error o señal de actuación, que es la diferencia entre la señal de entrada y la señal de realimentación, con el fin de reducir el error y llevar la salida del sistema a un valor deseado. HACER GRÁFICO

Señales principales (bloque típico)

• R: señal de referencia o entrada deseada.
• E: señal de error (R − B), donde B es la señal de realimentación.
• U: señal de control generada por el controlador a partir de E.
• Y: salida del sistema (respuesta del proceso).
• B: señal de realimentación tomada de la salida (puede ser igual a Y en realimentación unitaria o una versión acondicionada de Y).

Qué representa la constante de tiempo de un sistema físico cualquiera

La constante de tiempo de un sistema físico indica la escala temporal en la que el sistema abandona el estado transitorio —estado en el cual el sistema puede presentar oscilaciones o cambios significativos— y alcanza el régimen permanente, donde el sistema se estabiliza. Se dice que se empieza a confiar en los valores que representa el sistema a partir de que el mismo haya llegado a régimen permanente. Mientras más pequeña sea la constante de tiempo, se dice que el sistema es más rápido.

En un sistema con realimentación unitaria, ¿es necesario adecuar señales? Justifique su respuesta

No es necesario adecuar las señales en el caso ideal de realimentación unitaria, ya que parte de la salida realimenta directamente a la entrada sin escalado; por tanto, desde el punto de vista físico tienen la misma magnitud. Sin embargo, en la práctica puede ser necesario acondicionar o escalar la señal por razones como compatibilidad de niveles, filtrado de ruido o limitaciones del sensor/actuador. La afirmación original se refiere al caso ideal donde la realimentación es verdaderamente unitaria y no requiere ajuste.

Para modelar un sistema físico, qué se debe considerar. Dé dos ejemplos de sistemas físicos diferentes

Se realizan modelos matemáticos que representen a los sistemas con el objetivo de comprender su comportamiento. Para modelar sistemas físicos se debe considerar las analogías con las leyes de Kirchhoff aplicables a los distintos modelos: eléctricos, mecánicos o hidráulicos. Es importante determinar que las sumatorias de las fuerzas (o corrientes/energías, según el dominio) aplicadas a un nodo o punto de referencia sean coherentes con las leyes físicas, permitiendo modelar los circuitos o diagramas del sistema conociendo los puntos donde se aplican las fuerzas y la ubicación de los componentes con respecto a un punto de referencia. Ejemplos:

• Circuito eléctrico: una fuente, una carga, una resistencia y un capacitor.
• Circuito mecánico: una fuerza aplicada, una masa, un resorte y un amortiguador (por ejemplo, el sistema de amortiguamiento de un vehículo).

Cómo clasificar un sistema de control en función de su respuesta ante una excitación escalón unitario

Los sistemas de control se pueden clasificar en función de la forma de su respuesta al aplicar una excitación tipo escalón unitario. Las categorías principales son:

• Sin amortiguamiento (ζ = 0): la respuesta presenta oscilaciones sostenidas o va a una oscilación no amortiguada.
• Subamortiguado (0 < ζ < 1): la respuesta presenta oscilaciones amortiguadas antes de estabilizarse.
• Críticamente amortiguado (ζ = 1): la respuesta alcanza el régimen permanente lo más rápido posible sin oscilar.
• Sobreamortiguado (ζ > 1): la respuesta no oscila y alcanza el régimen permanente más lentamente.

Hacer gráficos. Las curvas de respuesta dependen del coeficiente de amortiguamiento ζ: si ζ = 0 no hay amortiguamiento; si 0 < ζ < 1 el sistema es subamortiguado; ζ = 1 corresponde al caso críticamente amortiguado; y ζ > 1 al caso sobreamortiguado. Esta clasificación depende directamente del coeficiente de amortiguamiento.